ch03 工艺流程设计.ppt

第三章工艺流程设计 3 1概述 3 2工艺流程设计基础 3 3工艺流程图 Chapter9TechnologicalProcessDesign 工艺流程设计 3 1概述 生产工艺流程设计 试验工艺流程设计 仅有文献资料 尚未进行生产 技术成熟 大量生产 工艺流程设计是在确定的原料路线和技术路线的基础上进行的 它是整个工艺设计的中心 工艺流程设计是工程设计中最重要 最基础的设计步骤 对后续的物料衡算 工艺设备设计 车间布置设计和管道布置设计等单项设计起着决定性的作用 并与车间布置设计一起决定着车间或装置的基本面貌 3 1 1RoleofProcessDesign 工艺流程设计的任务内容 1 确定工艺流程的组成 确定流程中各生产过程的具体内容 顺序和组合方式 是工艺流程设计的基本任务 可用设备之间的位置关系和物料流向来表示 3 1 2ContentofProcessDesign 2 确定载能介质的技术规格和流向 常用的载能介质 水 水蒸汽 冷冻盐水 空气 真空或压缩 3 确定操作条件和控制方法 主要工艺参数有温度 压力 浓度 流量 流速和pH值等 3 1 2ContentofProcessDesign 4 确定安全技术措施 设置相应的预防和应急措施 如阻火器 报警装置 爆破片 安全阀 安全水封 放空管 溢流管 泄水装置 防静电装置 防雷装置和事故贮槽等 3 1 2ContentofProcessDesign 5 绘制不同深度的工艺流程图 初步设计 施工图设计 工艺流程框图工艺流程示意图物料流程图带控制点的工艺流程图 施工阶段带控制点的工艺流程图 3 1 2ContentofProcessDesign 3 1 3FundamentalProgramofProcessDesign 工艺流程设计的基本程序 工艺路线的选择 确定工艺流程的组成和顺序 工业化实施的可行性 可靠性和先进性 关键设备和特殊工艺条件或参数容易实现或达到 明确各单元反应和单元操作的主要设备 操作条件和基本操作参数 如温度 压力 浓度等 在此基础上 确定各设备之间的连接顺序以及载能介质的技术规格和流向 绘制工艺流程框图 当工艺路线及工艺流程的组成和顺序确定之后 可用方框 文字和箭头等形式定性表示出由原料变成产品的路线和顺序 绘制出工艺流程框图 在工艺流程框图的基础上 分析各过程的主要工艺设备 以图例 箭头和必要的文字说明定性表示出由原料变成产品的路线和顺序 穿插设备及阀门图例 绘制工艺流程示意图 3 1 3FundamentalProgramofProcessDesign 绘制物料流程图当工艺流程示意图确定之后 即可进行物料衡算和能量衡算 在此基础上 可绘制出物料流程图 此时 设计已由定性转入定量 绘制初步设计阶段带控制点的工艺流程图当物料流程图确定之后 即可进行设备 管道的工艺计算以及仪表自控设计 在此基础上 可绘制出初步设计阶段带控制点的工艺流程图 并列出设备一览表 3 1 3FundamentalProgramofProcessDesign 绘制施工阶段带控制点的工艺流程图初步设计阶段的工艺流程设计经审查批准后 按照初步设计的审查意见 对工艺流程图中所选用的设备 管道 阀门 仪表等作必要的修改 完善和进一步的说明 在此基础上 可绘制出施工阶段带控制点的工艺流程图 3 1 3FundamentalProgramofProcessDesign 在通常的两阶段设计即初步设计和施工图设计中 初步设计阶段的主要成果是初步设计阶段带控制点的工艺流程图 施工图设计阶段的主要成果是施工阶段带控制点的工艺流程图 3 1 4AchievementofProcessDesign 3 2 1ComparisonofDifferentSchemes 3 2 2PerfecttheTechnologicalProcess 3 2 3TechnologyProblemsinvolvedinDesigning 3 2TechnologyofProcessDesign 在进行方案比较时首先应明确评判标准 许多技术经济指标 如产物收率 原料单耗 能量单耗 产品成本 设备投资 操作费用等均可作为方案比较的评判标准 此外 环保 安全 占地面积等也是方案比较时应考虑的重要因素 例3 1 例3 2 3 2 1ComparisonofDifferentSchemes 实例3 1在药品精制中 粗品常先用溶剂溶解 然后加入活性炭脱色 最后再滤除活性炭等固体杂质 假设溶剂为低沸点易挥发溶剂 试确定适宜的过滤流程 解 首先选定过滤速度和溶剂收率为方案比较的评判标准 Example3 1 图3 1常压过滤方案 采用常压过滤方案虽可滤除活性炭等固体杂质 但过滤速度较慢 因而不宜采用 SchemeI AtmosphericFiltration 图3 2真空抽滤方案 SchemeII VacuumFiltration 该方案采用真空抽滤方式 过滤速度明显加快 从而克服了方案I过滤速度较慢的缺陷 但由于出口未设置冷凝器 因而易造成大量低沸点溶剂的挥发损失 使溶剂的收率下降 故该方案不太合理 SchemeIII VacuumFiltration Condensation 图3 3真空抽滤 冷凝方案 同方案II相比 该方案在出口设置了冷凝器 以回收低沸点溶剂 从而减少了溶剂的挥发损失 提高了溶剂的收率 因而较为合理 SchemeIV PressureFiltration 图3 4加压过滤方案 该方案是在压滤器上部通入压缩空气或氮气 即采用加压过滤方式 过滤速度快 且溶剂的挥发损失很少 因而最为合理 实例3 2用混酸硝化氯苯制备混合硝基氯苯 已知混酸的组成为 HNO347 H2SO449 H2O4 氯苯与混酸中HNO3的摩尔比为1 1 1 反应开始温度为40 55oC 并逐渐升温至80oC 硝化时间为2h 硝化废酸中含硝酸小于1 6 含混合硝基氯苯为获得混合硝基氯苯量的1 试通过方案比较 确定适宜的硝化及后处理工艺流程 解 首先选定混合硝基氯苯的收率以及硫酸 硝酸及氯苯的单耗作为方案比较的评判标准 Example3 2 SchemeI Nitration Separation 图3 5硝化 分离方案 采用硝化 分离方案虽可生产出合格的混合硝基氯苯 但该方案将分离后的废酸直接出售 这一方面要消耗大量的硫酸 使硫酸的单耗居高不下 另一方面 由于废酸中还含有未反应的硝酸以及少量的硝基氯苯 直接出售后不仅使硝酸的单耗增加 混合硝基氯苯的收率下降 而且存在于废酸中的硝酸和硝基氯苯还会使废酸的用途受到限制 SchemeI Nitration Separation SchemeII Nitration Separation Extraction 图3 6硝化 分离 萃取方案 在方案II中 将氯苯和硝化废酸加入萃取罐后 硝化废酸中残留的硝酸将继续与氯苯发生硝化反应 生成硝基氯苯 从而回收了废酸中的硝酸 降低了硝酸的单耗 同时 生成的混合硝基氯苯与硝化废酸中原有的混合硝基氯苯一起进入氯苯层 从而提高了混合硝基氯苯的收率 SchemeII Nitration Separation Extraction 与方案I相比 采用方案II可降低硝酸的单耗 提高混合硝基氯苯的收率 但在方案II的萃取废酸中仍含有1 2 1 3 的原料氯苯 参见图9 5和9 6 将其直接出售 不仅使硫酸的单耗居高不下 而且会增加氯苯的单耗 此外 存在于废酸中的氯苯也会使废酸的用途受到限制 SchemeII Nitration Separation Extraction SchemeIII Nitration Separation Extraction Condensation 图3 7硝化 分离 萃取 浓缩方案 与方案II相比 方案III增加了废酸的浓缩工序 萃取后的废酸经减压浓缩后可循环使用 从而大大降低了硫酸的单耗 同时 由于氯苯与水可形成低共沸混合物 浓缩时氯苯将随水一起蒸出 经冷却后可回收其中的氯苯 从而降低了氯苯的单耗 可见 若以混合硝基氯苯的收率以及硫酸 硝酸和氯苯的单耗作为方案比较的评判标准 方案III为最佳 方案II次之 方案I最差 SchemeIII Nitration Separation Extraction Condensation 药品的生产过程都是由一系列单元操作或单元反应过程所组成的 在工艺流程设计中 常以单元操作或单元反应为中心 建立与之相适应的工艺流程 3 2 2PerfecttheTechnologicalProcess 例3 3工业生产中 硝化混酸的配制常在间歇搅拌釜中进行 试以搅拌釜为中心 完善硝化混酸配制过程的工艺流程 3 2 2PerfecttheTechnologicalProcess 我们知道 在实验室配制硝化混酸的过程非常简单 只要将水 硫酸和硝酸按规定的配比和程序加入烧杯中 并用玻璃棒搅拌均匀即可 但工业混酸的配制过程就不那么简单了 需要考虑一系列互相关联的因素 3 2 2PerfecttheTechnologicalProcess 首先 配制混酸需有一台搅拌釜 并考虑到混酸配制过程是一个放热过程 搅拌釜还应带有夹套 以便操作时在夹套中通入冷却水冷却 其次 混酸配制采用间歇操作 是间歇过程 为保证硫酸与硝酸的配比 应设置硫酸计量罐和硝酸计量罐 第三 在工业生产中 要配制一定浓度的混酸 通常并不加水调节 而是用硝化后回收的废酸来调节 因此 还应设置废酸计量罐 3 2 2PerfecttheTechnologicalProcess 第四 在工业生产中 配制硝化混酸所用的原料硫酸和硝酸须有一定的贮存量 因此 要设置硫酸贮罐和硝酸贮罐 此外 还需设置废酸贮罐以贮存硝化后回收的废酸 第五 在实验室配制硝化混酸时 可将有关原料直接倒入烧杯中 但在配制工业混酸时就需要考虑将硫酸 硝酸和废酸由贮罐送入计量罐的方式 如采用泵输送时 则应设置相应的送料泵 此外 为防止工作人员失误使硫酸 硝酸或废酸溢出计量罐 可在计量罐和贮罐之间设置溢流管 3 2 2PerfecttheTechnologicalProcess 第六 为了贮存配制好的硝化混酸 应设置相应的混酸贮罐 最后设计出工业混酸配制过程的工艺流程如图3 12所示 3 2 2PerfecttheTechnologicalProcess 图3 12混酸配制过程的工艺流程示意图 3 2 2PerfecttheTechnologicalProcess 1 SelectionofOperationModes 2 ImprovementofutilizationratioofEquipment 3 RecoveryandUtilizationoffeed 4 RecoveryandUtilizationofEnergy 5 SafetyPrecautions 6 SelectionofmetersandControlSystem 3 2 3TechnologyProblemsinvolvedinDesigning 产品的生产方式连续生产间歇生产联合生产方式 1 SelectionofOperationModes 一般地 连续生产方式具有生产能力大 产品质量稳定 易实现机械化和自动化 生产成本较低等优点 因此 当产品的生产规模较大 生产水平要求较高时 应尽可能采用连续生产方式 但连续生产方式的适应能力较差 装置一旦建成 要改变产品品种往往非常困难 有时甚至要较大幅度地改变产品的产量也不容易实现 药品生产一般具有规模小 品种多 更新快 生产工艺复杂等特点 而间歇生产方式具有装置简单 操作方便 适应性强等优点 尤其适用于小批量 多品种的生产 因此 间歇生产方式是制药工业中的主要生产方式 1 SelectionofOperationModes 联合生产方式是一种组合生产方式 其特点是产品的整个生产过程是间歇的 但其中的某些生产过程是连续的 这种生产方式兼有连续和间歇生产方式的一些优点 在选择产品的生产方式时 若技术上可行 应尽可能采用连续生产方式 但不能片面追求装置的连续化 对规模较小 生产工艺比较复杂的产品 要实行连续生产往往非常困难 甚至得不偿失 因此 在制药工业中 全过程采用连续生产方式的并不多见 绝大多数采用间歇生产方式 少数采用联合生产方式 1 SelectionofOperationModes 产品的生产过程都是由一系列单元操作或单元反应过程所组成的 在工艺流程设计中 保持各单元操作或单元反应设备之间的能力平衡 提高设备利用率 是设计者必须考虑的技术问题 2 ImprovementofUtilizationRatioofEquipment 设计合理的工艺流程 各工序的处理能力应相同 各设备均满负荷运转 无闲置时间 由于各单元操作或反应的操作周期可能相差很大 要做到前一步操作完成 后一步设备刚好空出来 往往比较困难 为实现主要设备之间的衔接和能力平衡 常采用中间贮罐进行缓冲 2 ImprovementofUtilizationRatioofEquipment 例3 4某产品的生产过程由磺化 冷却中和 浓缩三道工序组成 磺化液和中和液均为液态 磺化釜的操作周期为12h 冷却中和釜的操作周期为4h 浓缩釜的操作周期为8h 试确定适宜的设备配置方案 解 该产品的生产过程有多种不同的设备配置方案 部分方案列于本例附表中 2 ImprovementofUtilizationRatioofEquipment 设备平衡计算公式式中操作周期 运转时间 h 辅助时间 h 2 ImprovementofUtilizationRatioofEquipment 为保持主要设备之间的能力平衡 提高设备利用率 设备台数 批生产能力和操作周期之间应满足下列关系 3 1 2 ImprovementofUtilizationRatioofEquipment 为保持主要设备之间的能力平衡 提高设备利用率 设备之间应根据需要设置中间贮罐 由于贮罐结构简单 制造容易 因此因设置中间贮罐而增加的设备投资将远小于因设备利用率的提高而节省的费用 2 ImprovementofUtilizationRatioofEquipment 在工艺流程设计中 充分考虑物料的回收与套用 以降低原辅材料消耗 提高产品收率 是降低产品成本的重要措施 如在用混酸硝化氯苯制备混合硝基氯苯的工艺流程设计中 在硝化 分层之后增加一道萃取工序 既回收了硝化废酸中未反应的硝酸 又提高了硝基氯苯的收率 同时 为降低硫酸的单耗 在萃取之后又增加了一道浓缩工序 并用回收的硫酸配制硝化混酸 从而大大降低了硫酸的单耗 3 RecoveryandUtilizationofFeed 又如 许多药物合成反应不能进行得十分完全 且大多存在副反应 产物也不能从反应混合物中完全分离出来 故分离母液中常含有一定数量的未反应原料 副产物和产物 在这些药物的工艺流程设计中 若能实现反应母液的循环套用或经适当处理后套用 则不仅能降低原辅材料消耗 提高产品收率 而且能减少环境污染 3 RecoveryandUtilizationofFeed 再如 在药品生产中经常使用各种有机溶剂 在工艺流程设计时应充分考虑这些溶剂的回收与套用 若设计得当 则可构成溶剂的闭路循环 既降低了溶剂单耗 又减少了环境污染 3 RecoveryandUtilizationofFeed 在工艺流程设计中 充分考虑能量的回收与利用 以提高能量利用率 降低能量单耗 是降低产品成本的又一重要措施 如在硝化混酸配制的工艺流程设计中 为减少输送物料能耗 可将计量罐布置在最上层 搅拌釜居中 贮罐布置在底层 当硫酸 硝酸和废酸由泵输送至相应的计量罐后 可借助于重力流入搅拌釜 配制好的混酸再借助重力流入混酸贮罐 4 RecoveryandUtilizationofEnergy 又如 在混酸硝化苯制备硝基苯的工艺流程设计中 用原料苯代替冷却水冷却酸性硝基苯 以及用闪蒸浓缩代替常压浓缩都是为了回收物料的余热 以达到降低能耗和产品成本的目的 4 RecoveryandUtilizationofEnergy 在药品生产中 所处理的物料常常是易燃 易爆和有毒的物质 因此安全问题十分突出 在工艺流程设计中 对所设计的设备或装置在正常运转以及开车 停车 检修 停水 停电等非正常运转情况下可能产生的各种安全问题 应进行认真而细致的分析 制订出切实可靠的安全技术措施 5 SafetyPrecautions 报警装置事故贮槽安全水封 安全阀或爆破片溢流管阻火器设置排空阀接地装置防雷装置 5 SafetyPrecautions 在含易燃 易爆气体或粉尘的场所可设置报警装置 在强放热反应设备的下部可设置事故贮槽 其内贮有足够数量的冷溶剂 紧急情况时可将反应液迅速放入事故贮槽 使反应终止或减弱 以防发生事故 对可能出现超压的设备 可设置安全水封 安全阀或爆破片 当用泵向高层设备中输送物料时可设置溢流管 以防冲料 在低沸点易燃液体的贮罐上可设置阻火器 以防火种进入贮罐而引起事故 当设备内部的液体可能冻结时 其最底部应设置排空阀 以便停车时排空液体 避免设备因液体冻结而损坏 对可产生静电火花的管道或设备 应设置可靠的接地装置 对可能遭受雷击的管道或设备 应设置相应的防雷装置 5 SafetyPrecautions 在工艺流程设计中 对需要控制的工艺参数如温度 压力 浓度 流量 流速 pH值 液位等 都要确定适宜的检测位置 检测和显示仪表以及控制方案 现代制药企业对仪表和自控水平的要求越来越高 仪表和自控水平的高低在很大程度上反映了一个制药企业的技术水平 6 SelectionofmetersandControlSystem 1 简述工艺流程设计的任务具体包括哪些内容 2 简述工艺流程设计的基本程序 3 工艺流程设计中方案比较可以选择哪些指标作为评判标准 4 工艺流程设计中安全技术措施有哪些 Questions 工艺流程图是以图解形式表示的工艺流程 在工艺流程设计的不同阶段 工艺流程图的深度是不同的 在通常的两阶段设计中 初步设计阶段需绘制工艺流程框图 工艺流程示意图 物料流程图和带控制点的工艺流程图 在施工图设计阶段需绘制施工阶段带控制点的工艺流程图 3 3ProcessFlowsheet 工艺流程框图是在工艺路线和生产方法确定之后 物料衡算开始之前表示生产工艺过程的一种定性图纸 是最简单的工艺流程图 其作用是定性表示出由原料变成产品的工艺路线和顺序 包括全部单元操作和单元反应 3 3 1ProcessFlowsheet 在设计工艺流程框图时 首先要对选定的工艺路线和生产方法进行全面而细致的分析和研究 在此基础上 确定出工艺流程的全部组成和顺序 图3 14是阿司匹林的生产工艺流程框图 图中以方框表示单元操作 以圆框表示单元反应 以箭头表示物料和载能介质的流向 以文字表示物料及单元操作和单元反应的名称 3 3 1ProcessFlowsheet 图3 14阿司匹林的生产工艺流程框图 3 3 1ProcessFlowsheet 在工艺流程框图的基础上 分析各过程的主要工艺设备 在此基础上 以图例 箭头和必要的文字说明定性表示出由原料变成产品的路线和顺序 绘制出工艺流程示意图 3 3 2ProcessSchematicdiagram 图3 15是阿司匹林的生产工艺流程示意图 图中各单元操作和单元反应过程的主要工艺设备均以图例 即设备的几何图形 来表示 物料和载能介质的流向以箭头来表示 物料 载能介质和工艺设备的名称以文字来表示 3 3 2ProcessSchematicdiagram 图3 15阿司匹林的生产工艺流程 3 3 2ProcessSchematicdiagram 当工艺流程示意图确定之后 即可进行物料衡算 能量衡算和设备的工艺计算 在此基础上 可绘制出物料流程图 此时 设计已由定性转入定量 物料流程图可用不同的方法绘制 最简单的方法是将物料衡算和能量衡算结果直接加进工艺流程示意图中 得到物料流程图 图3 16是氯苯硝化制备硝基氯苯的物料流程图 物料流程图也常用框图绘制 图3 17是用框图绘制的氯苯硝化的物料流程图 图中每一个框表示过程名称 流程号及物料组成和数量 3 3 3MaterialFlowsheet 图3 16氯苯硝化的物料流程图 3 3 3MaterialFlowsheet 3 3 3MaterialFlowsheet CB 氯苯 NCB 硝基氯苯 基准 kg h 1 图3 17用框图绘制的氯苯硝化的物料流程图 1 FundamentalRequirements 2 RequirementsofFlowsheet 3 MethodsofGraphing 4 SomeAutomaticControlProcesses 5 FlowsheetwithControlPoints 3 3 4FlowsheetwithControlPoints 表示出生产过程中的全部工艺设备 表示出生产过程中的全部工艺物料和载能介质的名称 技术规格及流向 表示出全部物料管道和各种辅助管道 如水 冷冻盐水 蒸汽 压缩空气及真空等管道 的代号 材质 管径及保温情况 1 FundamentalRequirements 表示出生产过程中的全部工艺阀门以及阻火器 视镜 管道过滤器 疏水器等附件 但无需绘出法兰 弯头 三通等一般管件 表示出生产过程中的全部仪表和控制方案 包括仪表的控制参数 功能 位号以及检测点和控制回路等 1 FundamentalRequirements 1 图纸尺寸带控制点的工艺流程图一般在1号或2号图纸上绘制 按车间或工段 原则上一个主项绘制一张图 若流程过于复杂 也可分成几部分进行绘制 2 比例在带控制点的工艺流程图中 各种设备图例一般按相对比例进行绘制 为了使图面协调 美观 允许将实际尺寸过高或过大的设备比例适当缩小 而将实际尺寸过小或过低的设备比例适当放大 此外 对同一车间或装置的流程 绘制时应采用统一比例 图上不注比例 2 RequirementsofFlowsheet 3 图线和字体在带控制点的工艺流程图中 主要工艺物料管道 主产品管道和设备位号线用粗实线 0 9 1 2mm 表示 辅助物料管道用中粗线 0 5 0 7mm 表示 设备轮廓 阀门 仪表 管件等一般用细实线 0 15 0 3mm 绘制 仪表引出线及连接线用细实线 此外 流程图中一般无需标注尺寸 但当需要注明尺寸时 尺寸线用细实线表示 2 RequirementsofFlowsheet 1 Equipments 2 Pipelines pipefittingsandValves 3 AutomaticControlandMeters 3 MethodsofGraphing 常用设备的代号和图例见附录 对于图例中没有表示的设备 则在流程图中可绘出其象征性的几何图形 以表明该设备的几何特征即可为使图形简单明了 设备上的管道接头 支脚 支架 基础 平台等一般不需表示 在流程图中 当有多台相同的设备并联时 可只画一台设备 其余设备可分别用细实线方框表示 在方框内注明设备位号 并画出通往该设备的支管 1 Equipments 在初步设计阶段的工艺流程图中 当有多台相同的设备串联或轮换使用时 一般只画1台设备 而在施工阶段的工艺流程图中则应根据需要画出2台或2台以上的设备 以表示清楚 在带控制点的工艺流程图中要表示出设备的名称和位号 其中设备位号的表示方法如图3 18所示 1 Equipments 图3 18设备位号的表示方法 1 Equipments 图3 18中的设备分类代号可由附录四查得 车间或装置序号一般可用一位数字 1 9 表示 若车间或装置数超过9时 可用两位数字 01 99 表示 工段或工序序号的表示方法与车间或装置序号的表示方法相同 设备序号表示同一工段或工序内相同类别设备的顺序代号 用两位数字 01 99 表示 相同设备尾号表示相同设备的数量 常用字母A Z表示 当相同设备数量只有1台时可不加设备尾号 超过26台时 则用数字表示相同设备的数量 例如 位号R1203A B中的R可表示反应器 1表示第1车间或第1套装置 2表示第2工段或工序 03表示反应器序号已从01排到了03 A B表示有两台相同的反应器并联或备用 1 Equipments 设备位号应与设备名称一起标注在设备内或附近空白处 位置力求整齐 明显 必要时还可由设备加一引出线 设备位号和名称一般用粗实线分开 线的上面注明设备位号 下面注明设备名称 例如 1 Equipments 常见管道 管件和阀门的图例见附录 对于图例中没有的管件或阀门可根据其特点增补图例 流程图中采用的管道 管件和阀门图例应在流程图或首页图 将设计中所采用的部分规定以图表的形式绘制成首页图 包括图纸目录 设备一览表以及各种图例 符号 代号和说明等 中加以说明 2 Pipelines PipefittingsandValves 在初步设计阶段的工艺流程图中 应绘出主要管道 阀门 管件和控制点 而在施工图设计阶段的工艺流程图中 则应绘出全部管道 阀门 管件和控制点 物料管线用粗线表示 其它管线用中粗线 控制回路用细线表示 在同一流程图中 当两设备相距较远时 其物料管线仍需连通 不能用文字表示 当两根无联系的管线相互交叉时 可将一根画成连续实线 而另一根在交叉处断开 线条拐弯处可画成直角 2 Pipelines PipefittingsandValves 流程图中的管道需与另一流程图中的管道相连时 可在管道断开处用箭头注明至某设备或管道的图号 即此外 对于排水或排污管道 应用文字说明排入何处 2 Pipelines PipefittingsandValves 在带控制点的工艺流程图中 应对每一根管道进行标注 管道的标注方法可按HG20519的标准执行 也可根据本单位的标准执行 但应易于区别和记忆 满足施工和安装要求 一般情况下 管道应注明介质代号 管道编号 管道尺寸和管道等级 若为隔热或隔声管道还应增加隔热或隔声代号 管道的标注方法如图3 19所示 2 Pipelines PipefittingsandValves a 普通管道 b 套管 图3 19管道的标注方法 2 Pipelines PipefittingsandValves 常见介质的代号见表3 2 若介质代号在表中没有规定 则可补充 但不应与表中的代号相同 2 Pipelines PipefittingsandValves 管道编号可用设备位号加管道顺序号表示 其中管道顺序号可用 01 99 表示 如R120303即可表示位号为R1203的反应器上编号为3的管道 管道尺寸以mm为单位 只注数字 不注单位 管道尺寸一般只标注管径 可用公称直径表示 也可用外径和壁厚表示 如 57 3 5等 2 Pipelines PipefittingsandValves 1 6MPa 管道等级由管材代号 单元顺序号和公称压力等级代号组成 如图所示 图9 20管道等级的标注方法 碳钢 2 Pipelines PipefittingsandValves 管道的单元顺序号用阿拉伯数字表示 由1开始 管材代号和管道的公称压力等级代号均用大写英文字母表示 2 Pipelines PipefittingsandValves 管道的隔热或隔声代号用大写英文字母表示 如表所示 2 Pipelines PipefittingsandValves 在带控制点的工艺流程图中应绘出全部与工艺过程有关的检测仪表 检测点和控制回路 控制回路中的每一个仪表或元件都要标注仪表位号 仪表位号的表示方法如图所示 图3 21仪表位号的表示方法 3 AutomaticControlandMeters 3 AutomaticControlandMeters 在带控制点的工艺流程图中 检测仪表 显示仪表的图例均用圆圈来表示 并用圆圈中间的横线来区分不同的安装位置 3 AutomaticControlandMeters 在带控制点的工艺流程图中 仪表的位号可直接填写在仪表图例中 图3 23为管道压力控制点的示意图 管道中的压力变化通过变送器 图中以符号 表示 将信号送至压力计 并通过它控制调节阀的开启 以调节管道内的流体压力 使其保持在正常的操作压力范围之内 图3 23管道压力控制点示意图 3 AutomaticControlandMeters 1 简述带控制点的工艺流程图应达到的基本要求2 列出管道标注中常见的介质代号3 列出仪表位号中常见的被测变量和功能的代号4 列出工艺流程图中常见设备的代号及图例 Questiongs 1 ConveyingEquipmentforliquidSubstances 2 HeatExchanger 3 Tower 4 Reactor 4 SomeAutomaticControlProcesses 1 CentrifugalPump 2 Positive displacementPump 3 VacuumPump 4 Compressor 1 ConveyingEquipmentforliquidSubstances Pump Horizontalvessel VerticalVessel Pipe ControlHouse 离心泵是最常用的液体输送设备 其被控变量一般为流量 改变出口阀门的开度或回路阀门的开度或泵的转速均可调节离心泵的流量 由于改变泵的转速需要变速装置或价格昂贵的变速原动机 且难以做到流量的连续调节 因而在实际生产中很少采用 1 CentrifugalPump 通过改变出口阀门的开度来调节流量的自控流程如图所示 这种方法快速简便 且流量连续变化 因此应用非常广泛 缺点是当阀门开度减小时 要多消耗一部分能量 不太经济 图3 24改变出口阀门开度调节流量 1 CentrifugalPump 通过改变回路阀门的开度来调节流量的自控流程如图所示 该法可用于液体流量偏低的场合 缺点是要消耗一部分高压液体能量 使泵的总效率下降 图3 25改变回路阀门开度调节流量 1 CentrifugalPump 往复泵 齿轮泵 螺杆泵 旋涡泵等都是常见的容积式泵 此类泵的出口不能堵死 否则泵体内的压强会急剧升高 造成泵体 管路或电机的损坏 与离心泵一样 容积式泵的被控变量一般也是流量 但是 容积式泵不能象离心泵那样用出口管路上的阀门来调节流量 2 Positive displacementPump 容积式泵的流量一般可通过控制回路阀门的开度来调节 也可通过改变泵的转速或冲程来调节 图3 26是齿轮泵的回路调节自控流程 该流程原则上也适用于其它容积式泵的流量调节 图3 26齿轮泵的流量调节 2 Positive displacementPump 在制药生产中 经常需要使用真空泵从设备或管道内抽出气体 以使其中的绝对压强低于大气压 常用的真空泵可分为机械泵和喷射泵两大类 水环泵和活塞泵均为常见的机械泵 水喷射泵和蒸汽喷射泵均为常见的喷射泵 真空泵的被控变量一般为真空度 改变吸入管路或吸入支管阀门的开度均可调节系统的真空度 其自控流程如图3 27和3 28所示 3 VacuumPump 图3 27改变吸入管路阀图3 28改变吸入支管阀门门开度控制真空度开度控制真空度 3 VacuumPump 压缩机的控制方案与泵的有很多相似之处 被控变量一般也是流量或压力 改变进口阀门的开度或回旁阀门的开度或压缩机的转速均可调节压缩机的流量 改变进口阀门开度来调节流量的自控流程如图所示 图3 29改变进口阀门开度调节流量 4 Compressor 由于气体的可压缩性 该方案对于往复式压缩机也是适用的 但当进口阀门开度较小时 会在压缩机进口处产生负压 这就意味着 吸入同样体积的气体 其质量流量减少了 当负压较为严重时 压缩机的效率将显著下降 4 Compressor 离心式压缩机当负荷 流量 减小至一定程度时 工作点将进入不稳定区 并产生一种危害极大的 喘振 现象 此时压缩机及所连接的管网系统和设备会发生强烈震动 并产生噪声 甚至使压缩机遭到损坏 为确保离心压缩机能正常稳定地工作 对于单级叶轮压缩机 其工作流量一般不小于额定流量的50 对多级叶轮的高压压缩机 其工作流量一般不小于额定流量的75 80 为避免在进口处产生严重负压或使离心压缩机的负荷低于规定值 可采用分程控制流程 4 Compressor 该流程在压缩机的进出口管路间设置一条回路 进口阀门只能关小至一定开度 若需要继续减少流量 可打开回路阀门 以避免在压缩机进口处产生严重的负压或使负荷低于规定值 图3 30压缩机流量的分程控制流程 4 Compressor 压缩机的流量调节也可采用图3 25中的控制方案 即通过改变回路阀门的开度来调节流量 此外 通过改变压缩机的转速来调节流量的方案也较为常用 该方案的效率最高 节能效果最好 缺点是调速机构比较复杂 图3 25改变回路阀门开度调节流量 4 Compressor 2 TubeTypeHeatExchanger 1 流体无相变 3 两侧流体均有相变 2 一侧流体有相变 2 TubeTypeHeatExchanger 若被控流体为工艺流体 其流量不能改变 则可设置相应的旁路 如图3 33和3 34所示 利用三通阀来调节进入换热器的载热体流量与旁路流量的比例 不仅可改变进入换热器的载热体流量 而且可使载热体的总流量保持不变 1 NoPhasetransition 图3 33冷流体流量的旁路调节3 34热流体流量的旁路调节 若用蒸汽来加热工艺流体 则可用调节蒸汽压力的方法来改变其冷凝温度 从而使传热温差发生改变 以达到控制被加热工艺流体温度的目的 其自控流程如图所示 图3 35调节蒸汽压力控制工艺流体温度 2 PhaseTransitioninfluidoneside 此外 通过调节换热器中的冷凝水量 使蒸汽冷凝面积发生改变 也可达到控制被加热工艺流体温度的目的 其自控流程如图所示 图3 36调节冷凝面积控制工艺流体温度 2 PhaseTransitioninfluidoneside 间壁两侧流体均有相变时换热器的控制方案与一侧流体有相变时的换热器的控制方案相似 例如 对于用蒸汽加热的再沸器 蒸发器等 其被控变量一般为被加热流体的汽化速度 采用调节蒸汽压力或传热面积的方法 均可达到控制被加热流体汽化速度的目的 3 PhaseTransitioninbothoffluids 制药生产中所用的塔设备种类很多 如精馏塔 吸收塔 吸附塔等 塔设备的被控变量很多 如温度 压力或真空度 流量 液位等 因此 塔设备的控制过程复杂 控制方案繁多 现以精馏塔为例 介绍塔设备的自控流程 1 压力控制 2 温度控制 3 流量控制 4 液位控制 3 Tower 3 Towerequipment 3 Tower 板波纹规整填料 3 Tower packing 丝网波纹规整填料 3 Tower packing 板波纹规整填料 3 Tower Liquiddistributor 对压力稳定无特殊要求的常压精馏塔 一般无需设置压力控制系统 根据需要 可在冷凝器或回流罐上设置一根与大气相通的压力平衡管 以保持塔内压力接近于大气压力 1 PressureControl PressureDistillationTower 改变不凝性气体抽吸量是控制减压精馏塔真空度的常用方案 其自控流程如图3 37所示 图3 37改变不凝性气体抽吸量控制塔压 1 PressureControl PressureDistillationTower 此外 也可在真空泵吸入管路上设置一吸入支管 改变吸入支管的阀门开度可调节吸入的空气或惰性气体量 达到控制全塔真空度的目的 图3 38旁路吸入空气或惰性气体控制塔压 1 PressureControl PressureDistillationTower 加压塔的压力控制不仅影响操作条件和产品质量 而且与生产安全密切相关 根据塔顶汽相中所含不凝性气体量的多少 可采取不同的控制方案 1 PressureControl PressureDistillationTower 当塔顶汽相中不含或仅含微量不凝性气体时 可通过调节冷却剂流量的办法来控制全塔的操作压力 其自控流程如图所示 该方案投资较少 并可减少冷却剂的用量 图3 39调节冷却介质流量控制塔压 1 PressureControl PressureDistillationTower 当塔顶汽相中含有少量 低于塔顶汽相总量的2 的不凝性气体时 可采用分程控制方案 即先用调节冷却剂流量的办法来控制塔压 当调节阀全开仍不能使塔压降至规定的操作压力时 可打开放空阀 以控制全塔的操作压力 图3 40塔压的分程控制方案 1 PressureControl PressureDistillationTower 当塔顶汽相中含有较多的不凝性气体时 可采用右图中的控制方案 该方案是通过改变不凝性气体排放量的办法 达到控制全塔操作压力的目的 图3 41改变气相排放量控制塔压 1 PressureControl PressureDistillationTower 改变塔顶冷凝液的回流量是控制塔顶温度的常用方法 再沸器的温度一般可通过调节加热剂的流量来控制 塔顶温度和再沸器温度的自控流程如图所示 图3 42精馏塔的温度控制 2 ControlofTemperature 精馏塔的进料量 回流量 塔顶出料量 塔釜出料量等流量参数对精馏塔的稳定操作有重要的影响 精馏塔的进料量 回流量的自控流程如图所示 图3 43精馏塔的流量控制 3 Contro